專利名稱：水平極化定向平面濾波天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于通信技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種水平極化定向平面濾波天線。
背景技術(shù)：
近年來，無線通信技術(shù)得到了快速發(fā)展，并獲得了廣泛應(yīng)用。天線是無線通信系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，定向輻射天線是在一定的輻射角度內(nèi)具有較高輻射增益，可滿足一些無線通信系統(tǒng)的特殊輻射要求?，F(xiàn)代通信系統(tǒng)要求低成本、易制作、易于與其他微波射頻平面電路集成的天線。目前低頻通信已經(jīng)趨向飽和，于是，高頻段、易制作、易集成的天線成為新的研
J Ll ； ^^ O常見的輻射振子，單個輻射單元的增益有限，為提高輻射增益，可將多個輻射單元組成陣列，但同一個陣列中的輻射單元數(shù)目越多，饋電網(wǎng)絡(luò)就越復(fù)雜。隨著頻率的提高，比如在Ku波段，復(fù)雜的饋電網(wǎng)絡(luò)又會帶來損耗大，寄生輻射強(qiáng)等問題。

實用新型內(nèi)容實用新型目的針對上述現(xiàn)有存在的問題和不足，本實用新型的目的是提供一種水平極化定向平面濾波天線，該天線易于制作、加工精度高，在較高頻率，例如Ku波段 (12. 4GHz-18GHz)，尤其適用。技術(shù)方案為實現(xiàn)上述實用新型目的，本實用新型采用的技術(shù)方案為一種水平極化定向平面濾波天線(以下簡稱“濾波天線”)，輻射部分采用SIW(Substrate Integrated Waveguide，基片集成波導(dǎo))單面縫隙作為縫隙輻射單元(以下簡稱“輻射單元”)，形成定向，多個單面縫隙組合形成縫隙輻射陣列(以下簡稱“輻射陣列”)，用以提高天線輻射增益。濾波天線的濾波器部分采用SIW感性窗口濾波器(以下簡稱“濾波器”)。濾波天線對于工作頻帶外信號具有良好的抑制效果，只有通過濾波器的信號才能激發(fā)天線?；赟IW 技術(shù)的濾波天線具有平面結(jié)構(gòu)，可以采用標(biāo)準(zhǔn)的PCB工藝制作，易實現(xiàn)、易集成、精度高、成本低，特別在高頻段，例如Ku波段，可以有效解決電路尺寸小、制作難的問題。水平極化定向平面濾波天線為三層結(jié)構(gòu)，中間是介質(zhì)層，正面是上表面金屬層，背面是下表面金屬層，外形為長方形；在上表面金屬層的一端連接有微帶線，微帶線通過微帶漸變線和SIW傳輸線相連接；SIW傳輸線是由兩排相距一定距離(SIW傳輸線寬度)的、上表面金屬層與下表面金屬層之間的、穿過介質(zhì)層的金屬化通孔構(gòu)成；在Siw傳輸線上，設(shè)有由金屬化通孔構(gòu)成的SIW感性窗口濾波器的耦合窗口和諧振腔；SIW感性窗口濾波器后是輻射單元；輻射單元沿著該濾波天線的中心線兩側(cè)交替分布；在最后一個輻射單元之后， 設(shè)有上、下表面金屬層間的金屬化通孔，將SIW傳輸線短路。有益效果本實用新型SIW技術(shù)的濾波器和輻射陣列的聯(lián)合設(shè)計，將濾波器和輻射陣列集成在同一個Siw中，設(shè)計出水平極化定向平面濾波天線。SIW損耗小、寄生輻射極低、呈平面結(jié)構(gòu)、易于采用標(biāo)準(zhǔn)PCB工藝加工，整個濾波天線結(jié)構(gòu)簡單、易于采用標(biāo)準(zhǔn)PCB工藝加工、易與其他微波射頻電路集成。采用PCB工藝制作的水平極化定向平面濾波天線，加工精度高，在高頻段，例如Ku波段，可以有效解決電路尺寸小、制作難的問題，同時加工成本低、易于批量生產(chǎn)。濾波器和輻射陣列協(xié)同工作，只有通過濾波器的信號才能激勵輻射陣列。SIW感性窗口濾波器作為射頻前端濾波器和輻射陣列集成在一個SIW電路中，可以避免通用的電纜連接帶來的損耗。在高頻段，例如在Ku頻段，開放線型的饋電網(wǎng)絡(luò)在這個頻段上損耗較大，并帶來較大的寄生輻射，影響天線性能，基于SIW技術(shù)設(shè)計的濾波天線損耗小，寄生輻射弱；輻射單元在組成輻射陣列時無需添加其他功率分配網(wǎng)絡(luò)，簡化了設(shè)計步驟，制作方便、損耗較低。所述輻射陣列為SIW單面縱向縫隙陣列，具有水平極化定向輻射特性，整個濾波天線也保持了水平極化定向輻射特性。同時，濾波天線可以很好的濾除工作頻帶外雜散信號。水平極化定向平面濾波天線是一種平面天線，在組成多輸入多輸出(MIMO)陣列時，多個濾波天線可以集成在同一塊介質(zhì)基板(即介質(zhì)層)上，可以保證整個陣列的一致性。

圖1 (a)為SIW單面縱向縫隙陣天線上表面金屬層結(jié)構(gòu)示意圖；圖1 (b)為SIW單面縱向縫隙陣天線下表面金屬層結(jié)構(gòu)示意圖；圖2(a)為水平極化定向平面濾波天線上表面金屬層結(jié)構(gòu)示意圖；圖2(b)為水平極化定向平面濾波天線下表面金屬層結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為實施例中工作在14. 4GHz附近的SIW單面縱向縫隙陣天線和水平極化定向平面濾波天線輸入端反射系數(shù)測試結(jié)果；圖4為實施例中水平極化定向平面濾波天線在14. 4GHz上E面和H面輻射方向圖測試結(jié)果。圖中，1.上表面金屬層，2.下表面金屬層，3.微帶線，4.微帶漸變線，5.金屬化通孔，6. SIW表面縱向縫隙，7. SIff感性窗口濾波器耦合窗口，8. SIff感性窗口濾波器諧振腔。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和具體實施例，進(jìn)一步闡明本實用新型，應(yīng)理解這些實施例僅用于說明本實用新型而不用于限制本實用新型的范圍，在閱讀了本實用新型之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本實用新型的各種等價形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。水平極化定向平面濾波天線，是將SIW濾波器和SIW單面輻射縫隙陣列聯(lián)合設(shè)計、 集成在一個SIW上實現(xiàn)。實施例中的濾波天線工作在Ku波段，輻射部分由八個SIW上表面縫隙(即輻射單元)組成輻射陣列，每個縫隙寬度、長度相同，沿著該濾波天線的中心線兩側(cè)交替分布；實施例中，濾波器部分采用Siw三階感性窗口濾波器。實施例中，如圖1和圖2中的天線均采用特性阻抗為50歐姆微帶線作為饋電端口。圖1中，50歐姆微帶線輸入端口和SIW傳輸線之間通過微帶漸變線連接，SIW傳輸線是由兩排相距一定距離(SIW傳輸線的寬度)的、上表面金屬層與下表面金屬層之間的、穿過介質(zhì)層的金屬化通孔構(gòu)成；SIW傳輸線的上表面金屬上刻著縫隙陣列，縫隙陣列形成定向輻射；SIW傳輸線的末端采用一排金屬化通孔實現(xiàn)短路。圖2中，50歐姆微帶線輸入端口和 SIW傳輸線之間通過微帶漸變線連接，SIW傳輸線是由兩排相距一定距離(SIW傳輸線的寬度)的、上表面金屬層與下表面金屬層之間的、穿過介質(zhì)層的金屬化通孔構(gòu)成；在SIW傳輸線上，有由金屬化通孔構(gòu)成的SIW感性窗口濾波器的耦合窗口和SIW感性窗口濾波器諧振腔；SIW感性窗口濾波器之后的SIW傳輸線上表面金屬上刻著縫隙陣列(輻射陣列)；SIW 傳輸線的末端采用一排金屬化通孔實現(xiàn)短路。圖2中的濾波天線具有水平極化、定向輻射特性。按照圖1和圖2結(jié)構(gòu)制作了工作在14. 4GHz的Ku波段水平極化定向平面濾波天線。天線采用PCB工藝制作在介質(zhì)基板上。介質(zhì)基板采用了厚度為Imm的介電常數(shù)為2. 55 的Taconic (泰康尼克)。實施例按以下尺寸在上述介質(zhì)基板上制作實施例中工作在14. 4GHz附近的SIW單面縫隙陣天線微帶線寬度為2. 8mm ；微帶漸變線長度為1. 5mm ；微點漸變線寬端寬度為4mm ；金屬化通孔直徑為0. 6mm ；相鄰金屬化通孔間距為Imm ；SIW傳輸線寬度為9. 4mm ；SIW縫隙長度為7. 9mm ；相鄰縫隙中心垂直距離為9. 62mm ；縫隙寬度為0. Imm ；縫隙中心偏離SIW中心線距離為0. 28mm ；第一個縫隙中心距 SIff始端垂直距離為9. 62mm，最后一個縫隙中心距SIW末端垂直距離為4. 81mm。實施例中工作在14.4GHz附近的水平極化定向平面濾波天線微帶線寬度為 2. 8mm ；微帶漸變線長度為1. 5mm ；微點漸變線寬端寬度為4mm ；金屬化通孔直徑為0. 6mm ； 相鄰金屬化通孔間距為Imm ；SIW傳輸線寬度為9. 4mm ；SIW感性窗口濾波器的四個耦合窗口寬度分別為5. 36mm, 3. 57mm, 3. 57mm, 5. 36mm ；SIW感性窗口濾波器的三個諧振腔長度為別為8. 41mm, 9. 26mm, 8. 41mm ；SIW縫隙長度為7. 88mm ；相鄰縫隙中心垂直距離為9. 58mm ； 縫隙寬度為0. Imm ；縫隙中心偏離SIW中心線距離為0. 28mm ；第一個縫隙中心距SIW感性窗口濾波器最后一個諧振腔垂直距離為14. 58mm，最后一個縫隙中心距SIW末端垂直距離為 4. 79mm。圖3為實施例中工作在14. 4GHz附近的SIW單面縱向縫隙陣天線和水平極化定向平面濾波天線輸入端反射系數(shù)測試結(jié)果(圖中虛線所示的“天線”為SIW單面縱向縫隙陣天線，實線所示的“濾波天線”為水平極化定向平面濾波天線)，可以看到濾波天線可以有效地濾波帶外無用信號；圖4為實施例中水平極化定向平面濾波天線在14. 4GHz上E面和 H面輻射方向圖測試結(jié)果，可以看到濾波天線具有水平極化定向輻射特性，有效保持了輻射陣列的輻射特性。
權(quán)利要求1.一種水平極化定向平面濾波天線，從下到上依次為下表面金屬層、介質(zhì)層和上表面金屬層；在所述上表面金屬層的一端設(shè)有微帶線，所述微帶線通過微帶漸變線和SIW傳輸線連接，所述上表面金屬層上設(shè)有縫隙輻射陣列，所述SIW傳輸線的末端短路，其特征在于所述SIW傳輸線上設(shè)有SIW感性窗口濾波器的耦合窗口和諧振腔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述水平極化定向平面濾波天線，其特征在于所述SIW傳輸線為所述上表面金屬層與下表面金屬層之間的且穿過介質(zhì)層的兩排金屬化通孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述水平極化定向平面濾波天線，其特征在于所述縫隙輻射陣列為多個縫隙輻射單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述水平極化定向平面濾波天線，其特征在于所述縫隙輻射單元沿著所述上表面金屬層的中心線兩側(cè)交替分布。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述水平極化定向平面濾波天線，其特征在于所述縫隙輻射單元的數(shù)量為8個。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述水平極化定向平面濾波天線，其特征在于所述短路的結(jié)構(gòu)為設(shè)在SIW傳輸線末端的一排金屬化通孔。
專利摘要本實用新型公開了一種水平極化定向平面濾波天線，從下到上依次為下表面金屬層、介質(zhì)層和上表面金屬層；在所述上表面金屬層的一端設(shè)有微帶線，所述微帶線通過微帶漸變線和SIW傳輸線連接，所述上表面金屬層上設(shè)有縫隙輻射陣列，所述SIW傳輸線的末端短路，所述SIW傳輸線上設(shè)有SIW感性窗口濾波器的耦合窗口和諧振腔。本實用新型水平極化定向平面濾波天線易于制作、加工精度高，在較高頻率，例如Ku波段，尤其適用。
文檔編號H01Q21/00GK202275943SQ20112037888
公開日2012年6月13日 申請日期2011年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月9日
發(fā)明者余晨, 周健義, 洪偉 申請人:東南大學(xué)